سخنرانی 5. قدرت میدان الکتریکی

مفهوم میدان الکتریکی معلوم شد که سودمند بود، زیرا ممکن بود ویژگی های کمی را معرفی کنیم که به ما اجازه می دهد مشکلات فیزیکی خاصی را حل کنیم. این ها عمدتا شامل تنش ها و پتانسیل میدان الکتریکی هستند.

مطالعات دانشجویان تجربی باید نشان دهند که تنش در واقع می تواند اندازه گیری شود و این مقدار واقعا میدان الکتریکی را مشخص می کند. نسبتا جدید برای دانش آموزان یک دستگاه مشابه است، یک دینامومتر الکترواستاتیک، با کالیبراسیون مناسب می تواند به عنوان یک متر و قدرت و ولتاژ استفاده شود. با این حال، این بدان معنا نیست که هر مقدار الکترواستاتیک را می توان با استفاده از این دستگاه اندازه گیری کرد: هیچ کدام از کالیبراسیون دینامومتر الکترواستاتیک قادر به دریافت اندازه گیری دستگاه، می گویند، پتانسیل میدان الکتریکی نیست.

اساسا یک اثربخشی آزمایشی از اصل ابررسانای میدان الکتریکی مهم است. چنین توجیهی می تواند در حال حاضر با معرفی مفهوم میدان الکتریکی انجام شود، اما زمانی که دانش آموزان با مفهوم تنش آشنا خواهند بود، ترجیح داده می شود.

5.1. میدان الکتریکی قدرت. ویژگی قدرت میدان الکتریکی، بردار ولتاژ الکتریکی است E. برابر با نسبت بردار نیروی عمل در این نقطه نقطه بر روی آزمون مثبت آزمون، به مقدار این شارژ:

تنش در واحدهای SI در نیوتون به آویز (N / CL) بیان شده است.

5.2. تنش میدان الکتریکی شارژ نقطه. در بسیاری از وظایف الکترواستاتیک، اندازه بدن های شارژ در مقایسه با فاصله به نقاط مشاهده می تواند نادیده گرفته شود. در چنین مواردی، آنها درباره اتهامات نقطه صحبت می کنند. واضح است که در واقع هیچ اتهامات یا نقاط متهم در طبیعت وجود ندارد - این فقط یک انتزاع راحت است.

قانون کولون، همانطور که می دانید، فقط برای هزینه های نقطه است. به طور مستقیم از قانون CULON آن را دنبال می کند این نقطه ماژول بردار ولتاژ برقی الکتریکی Q.:

(5.2)

جایی که R. - فاصله تا نقطه نظر، q. - محاکمه مثبت

5.3. خطوط برق میدان الکترواستاتیک. فارادی، که مفهوم یک میدان الکتریکی را معرفی کرد، اتهامات محاصره شده توسط زمینه ها را دید. این خطوط بود که نیروها بر روی اتهام آزمون در کنار میدان عمل می کردند. خطوط برق زمینه های الکترواستاتیک اغلب نامیده می شوند خطوط ولتاژزیرا بردار ولتاژ میدان الکتریکی در هر نقطه از چنین خطی به آن وابسته است. به جای اتهام محاکمه برای ساختمان خطوط خاموش راحت تر از یک دو قطبی الکتریکی استفاده می شود.

وارد کردن یک بار آزمون مثبت بر روی موضوع به میدان الکتریکی، با انحراف آن از موقعیت تعادل، ما جهت قدرت میدان را تعریف می کنیم. اتهام را حذف کنید و به جای آن در همان نقطه دو قطبی در این مورد، کشف شده است که او قطب مثبت خود را در جهت تنش میدان الکتریکی تبدیل شده است. با استفاده از Dipole، به طور تجربی ثابت نیست که میدان الکتریکی را می توان با خطوط برق مشخص کرد، I.E. چنین خطوطی، در هر نقطه ای که قدرت میدان به آنها مماس است.

برای انجام این کار، یک میدان الکتریکی دلخواه ایجاد کنید، یک دو قطبی را به آن معرفی کنید و موقعیت قطبهای مثبت و منفی آن را ذکر کنید. حرکت دو قطبی به طوری که آن را، به عنوان مثال، یک قطب منفی همزمان با نقطه ای بود که مثبت بود. تکرار این عملیات تکرار این عملیات، ما مجموعه ای از نقاط را به دست می آوریم. با اتصال این نقاط با یک خط صاف، خط برق میدان الکترواستاتیک را به دست می آوریم.

تجربه نشان می دهد که تنها یک خط برق از طریق هر فیلد عبور می کند. اگر چنین نبود، پس از آن، در نقطه تقاطع دو خط قدرت از یک میدان، نیروهای مختلف بر روی هزینه عمل می کنند.

تکرار مراحل فوق شرح داده شده، ما یک خانواده از خطوط برق را ساختیم تا نقاط اولیه آنها بر روی سطح بدن شارژ شده در فاصله های مساوی از یکدیگر قرار گیرند. ما کشف می کنیم که خطوط برق با متراکم متفاوت قرار دارند. ما به اتهام محاکمه برای موضوعات در منطقه با حداکثر و حداقل ضخامت خطوط وارد می کنیم و می بینیم که در این مناطق میدان الکتریکی میدان الکتریکی حداکثر و حداقل است.

خطوط برق در نزدیکی اتهامات قرار می گیرند، I.E. جایی که ماژول بردار قدرت میدان الکتریکی بزرگتر است. بنابراین ضخامت خطوط برق توسط قدرت میدان تعیین می شود. یک خانواده از خطوط برق در اصل می تواند به طور کامل میدان الکتریکی را مشخص کند.

آزمایش های با تجربه نشان می دهد که خطوط برق شروع یا پایان دادن به اتهامات، به بی نهایت بروید یا از آن بیرون بروید. در میدان الکترواستاتیک هیچ خطوط برق بسته وجود ندارد.

5.4. اصل افزایش تنش های زمینه های الکترواستاتیک. از اصل ابعاد ابزارها، به این معنی است که نیرویی که بر روی اتهام تست از اتهامات دیگر عمل می کند، برابر با مجموع هندسی تمام نیروهایی است که به طور جداگانه عمل می کنند. اما اگر چنین است، پس از آن، تنش های میدان های الکتریکی، برابر با رابطه نیروها به میزان شارژ تست، مانند نیروها قرار می گیرند.

بنابراین، برای نمایشگاه های الکتریکی نمایشگاه اصل فوقانی در متن زیر: تنش میدان الکتریکی حاصل از آن یک مقدار هندسی (بردار) است. مجموع شدت زمینه های ایجاد شده توسط اتهامات فردی:

E. = E. 1 + E. 2 + E. 3 + … (5.3)

استفاده از اصل ابررسانایی برای تنش ها باعث می شود که راه حل بسیاری از وظایف الکترواستاتیک را به طور قابل توجهی تسهیل کند.

5.5. جریان بردار قدرت میدان الکتریکی. تصور کنید یک نقطه مثبت نقطه Q.واقع در مرکز سطح کروی واقع شده است 1 شعاع r.. در نقاط این سطح، تنش میدان الکتریکی از میدان

سطوح حوزه S. = 4r. 2، سپس کار آن بر روی تنش میدان الکتریکی به چیزی غیر از شارژ بستگی ندارد:

(5.4)

بنابراین، میدان الکتریکی را به طور کلی مشخص می کند. این مقدار نامگذاری شد جریان الکتریکی میدان الکتریکی.

جریان Stroy از طریق سطوح کروی متمرکز 1 و 2 یکسان. از آنجایی که این زمینه را به طور کلی مشخص می کند، لازم است که برای یک سطح بسته دلخواه باقی بماند 3 . اما برای آن، بردار ولتاژ دیگر به عنصر سطح طبیعی نیست. بنابراین برای تعیین جریان بردار E. از طریق عنصر سطح به جای منطقه این مورد، لازم است که منطقه ای از طرح خود را بر روی هواپیما عمود بر بردار E. . ما جریان را در نظر می گیریم که اگر بردار ولتاژ از سطح بسته خارج شود، مثبت باشد و منفی آن را وارد کنید. اگر شارژ خارج از سطح بسته باشد 4 ، جریان قدرت از طریق آن صفر است. واقعیت این است که جریان ماژول داخلی وارد منطقه برابر با خروجی است.

5.6. قضیه گاوسی از لحاظ ذهنی از مرکز سطح کروی به هر جا در داخل حرکت می کند. بدیهی است، قدرت بردار جریان میدان الکتریکی از این تغییر نخواهد کرد، زیرا، با تعریف بسیار، آن را برای هر سطح بسته که در اطراف شارژ قرار دارد، یکسان است. در این سطح تنها نیست، بلکه تا حدودی در مورد کلی اتهامات مختلف وجود دارد. بر اساس اصل ابررسانایی، میدان های الکتریکی این اتهامات بر یکدیگر تاثیر نمی گذارد، به این معنی است که جریان های ایجاد شده توسط هر شارژ به طور جداگانه بدون تغییر باقی می ماند. جریان حاصل از آن به وضوح برابر با مقدار جریان از تمام اتهامات است.

این چیزی است که آن است قضیه Gaussa: قدرت بردار ولتاژ از طریق یک سطح بسته دلخواه، برابر با مقدار جبری اتهامات واقع در داخل این سطح است، با ثابت الکتریکی تقسیم می شود:

(5.5)

اگر مقدار جبری اتهامات داخل سطح بسته صفر باشد، پس از آن قدرت میدان الکتریکی از طریق این سطح نیز صفر است. این قابل فهم است، زیرا جریان های مثبت درون سطح یک جریان مثبت ایجاد می کنند و منفی - ماژول منفی برابر با آن است.

5.7. شارژ چگالی سطحاگر بدن هدایت کننده اتهامات را مطلع کند، بر روی سطح آن توزیع خواهد شد. در مورد کلی، اتهامات مختلف بر روی بخش های سطح همان منطقه خواهد بود. نسبت شارژ Q. به مربع سطح S.که در آن توزیع شده است، نامیده می شود شارژ چگالی سطح

تراکم سطح شارژ در هر متر مربع در هر متر مربع بیان می شود (Cl / m 2).

5.8. تنش میدان الکتریکی توپ شارژ. با استفاده از قضیه گاوس، تعیین تنش میدان الکتریکی ایجاد شده توسط توپ هدایت شده شارژ دشوار نیست. در واقع، اگر روی سطح حوزه توسط شعاع r. > R.، که مرکز آن با مرکز توپ همخوانی دارد، به طور مساوی توزیع شده است Q.، سپس جریان بردار E. از طریق یک سطح کروی با شعاع r.با توجه به قضیه گاوس، این است:

از این رو تنش میدان الکتریکی در فاصله R از مرکز حوزه شارژ برابر است

(5.7)

مقایسه (5.7) C (5.2)، ما نتیجه می گیریم که ولتاژ میدان الکتریکی توپ شارژ برابر با تنش همان شارژ همان نقطه در مرکز توپ است.

5.9. تنش میدان الکتریکی هواپیما شارژ. یک هواپیما بی نهایت را به طور یکنواخت با تراکم سطح شارژ شارژ کنید. میدان الکتریکی چنین سطحی همگن است و خطوط برق عمود بر سطح هستند. برای پیدا کردن قدرت میدان، ما از قضیه گاوس استفاده می کنیم. برای انجام این کار، ما یک سطح استوانه ای بسته را ساختیم، محور آن موازی با خطوط برق میدان و پایه پایه است S. در طرف های مختلف سطح هستند. قدرت ولتاژ از طریق سطح جانبی سیلندر صفر است، زیرا خطوط برق تقسیم نمی شوند. بنابراین، جریان کامل تنش از طریق سطح انتخاب شده برابر با مقدار جریان از طریق پایه سیلندر است: n. = 2 من. شارژ کامل داخل سیلندر برابر است Q. = S.. با توجه به قضیه گاوس، از این رو تنش میدان الکتریکی

بنابراین، تنش میدان الکتریکی هواپیما شارژ برابر با تراکم سطح شارژ است، به دو برابر ثابت ثابت الکتریکی تقسیم می شود.

5.10. ولتاژ میدان الکتریکی هواپیما موازی متاثر شده. اجازه دهید برخی از هواپیما به طور مساوی با تراکم شارژ شارژ شود. به موازات این هواپیما، ما دوم را با همان تراکم شارژ علامت مخالف قرار می دهیم. ولتاژ میدان الکتریکی را در این مورد پیدا کنید.

هر هواپیما یک میدان ولتاژ ایجاد می کند " \u003d / (2 0). با توجه به اصل ابررسانایی، تنش میدان الکتریکی حاصل برابر با مجموع تنش این زمینه ها است. از آنجا که جهت یکنواخت بین سطوح تنش میدان وجود دارد، سپس تنش حاصل می شود E. = 2":

بنابراین، تنش میدان الکتریکی بین هواپیماهای موازی، حمل و نقل برابر در ماژول، هزینه های متنوع برابر با تراکم سطح شارژ یکی از هواپیماهای تقسیم به ثابت الکتریکی برابر است. خارج از هواپیما، بردارهای ولتاژ به طور مخالف هدایت می شوند و از آنجایی که ماژول های آنها برابر هستند، میدان به طور کلی غایب است. لطفا توجه داشته باشید که مهم نیست که آیا برق برق انجام می شود یا نه.

مسئله. آیا ارزیابی کمی از ولتاژ میدان الکتریکی ایجاد شده توسط اتهامات بر روی اجسام الکتریکی موجود در یک آزمایش قابل دسترس وجود دارد؟

وظیفه. با استفاده از یک دینامومتر الکترواستاتیک، یک تکنیک برای معرفی مفهوم قدرت های میدان الکتریکی ایجاد کنید و ابزار را برای اندازه گیری تنش ارائه دهید.

گزینه اجرای گزارش توپ را به طور قطع مثبت بررسی کنید. بر روی توپ تست دینامومتر الکترواستاتیک (مطالعه 3.4 را ببینید) همچنین برخی از اتهامات را اعمال می کند. دینامومتر را به میدان الکتریکی توپ شارژ وارد کنید و به طوری که خواندن آن حداکثر شود. این به این معنی است که توپ آزمایشی دینامومتر الکترواستاتیک به همان طرف انحراف می یابد، جایی که نیرویی که بر روی آن از میدان الکتریکی عمل می کند، هدایت می شود.

توپ محاکمه را با همان توپ خالی لمس کنید و آن را حذف کنید: شارژ تست دو بار کاهش می یابد، خواندن دینامومتر برای همان فاصله به نقطه مشاهده نیز دو بار کاهش می یابد.

تکرار تجربه با اتهامات مختلف، اطمینان حاصل کنید که رابطه قدرت f.آزمایش q.، به اندازه این اتهام، در این مرحله از میدان ثابت باقی می ماند، و هنگامی که از یک نقطه به دیگری حرکت می کند، به طور کلی، تغییر می کند. این بدان معنی است که این رابطه می تواند میدان الکتریکی را مشخص کند. این نام را دریافت کرد میدان الکتریکی قدرت. مقیاس دینامومتر الکترواستاتیک شما مورد استفاده برای اندازه گیری قدرت تعامل الکترواستاتیک می تواند در واحد تنش جدا شود. سپس مجاز به این دستگاه است متر تنش میدان الکتریکی. فارغ التحصیلی آسان است برای اجرای در واحد های N / CL، اگر شما قبل از اندازه گیری مقدار شارژ آزمون (نگاه کنید به مطالعه 3.6).

دانش آموزان باید درک کنند که چگونه یک دستگاه تبدیل به یک متر قدرت تبدیل به متر تنش شده است.

تحقیق 5.2. وابستگی ولتاژ منبع تغذیه از شعاع توپ شارژ

وظیفه.یک آزمایش تظاهرات را توسعه دهید، که می تواند به عنوان توجیهی برای قضیه Equity Gauss برای زمینه های الکترواستاتیک خدمت کند.

گزینه اجرای

شارژ بر روی یک ایستگاه دی الکتریک ایستاده. یک توپ خرج کوچک. به آن حرکت متر مربع میدان الکتریکی، توپ محاکمه ای که در علامت شارژ مشابهی را به عنوان اتهاماتی که زمینه مورد مطالعه را ایجاد می کند، حمل می کند. به یاد داشته باشید انحراف از فلش های متر.

اولین توپ با شارژ برای کاهش دومین توپ هدایت کننده در حفره قطر قابل توجهی که بر روی یک پایه دی الکتریک نصب شده است. این توپ دوم را به توپ آزمایشی متر تنش متصل کنید. به نظر می رسد که هنگامی که مرکز توپ دوم هماهنگ با نقطه ای است که مرکز اول توپ قرار گرفته است، فلش متر بر تعداد اولیه تقسیم می شود.

از اینجا این به این معنی است که بدون توجه به شعاع توپ شارژ در همان فاصله از مرکز آن، ولتاژ میدان الکتریکی یکسان است. بنابراین، قضیه گاوس تایید در آزمایش تظاهرات دریافت کرد.

واضح است که قضیه گاوسی عمومی است و به شدت صحبت می کند، نیازی به اثبات نمی کند که در اینجا در نظر گرفته شده است. اما ب اهداف آموزشی چنین توجیهی کاملا ضروری است زیرا به آگاهی دانشجویان ارتباطات غیرقابل انکار نظریه فیزیکی با واقعیت عینی کمک می کند.

مطالعه 5.3. ابررسانایی از میدان های الکتریکی

اطلاعاتبرای اطمینان از عدالت اصل سوپراسیون میدان های الکتریکی، شما باید قادر به تعیین نه تنها ماژول های نیروهایی که به اتهامات عمل می کنند، بلکه دستورالعمل های آنها نیز تعیین کنید. این کار را با یک دینامومتر الکترواستاتیک ناراحت کنید. علاوه بر این، آن را به صورت گرافیکی اجازه نمی دهد که بردار قدرت را نشان دهد. اگر روی موضوعات به یک بدن کم شارژ آویزان شود، پس نیرو بر روی آن عمل می کند میدان الکتریکی، می توان تخمین زد که بدن را از موقعیت تعادل جدا می کند. اما برای اندازه گیری این انحراف، نمی توان از حاکم استفاده کرد: رویکرد آن به بدن متهم باعث تغییر در موقعیت خود می شود. برای از بین بردن این مشکل، شما می توانید بدن شارژ را در هواپیما افقی ادغام کنید.

وظیفه.توسعه و اجرای یک آزمایش اثبات عدالت اصل ابررسانایی میدان های الکتریکی را توسعه دهید.

گزینه اجرای به سیلندر شیشه ای یک لامپ کوچک کوچک چوب یک موضوع نازک با یک توپ کمی هدایت از یک شعاع کوچک در پایان. یک بار محاکمه را به توپ اعمال کنید. لامپ نور را بر روی یک ورق کاغذ قرار دهید و آن را روشن کنید. در ورق کاغذ شماره 0 موقعیت سایه را از توپ قرار دهید که در موقعیت تعادل قرار دارد. تسریع تست تست Q. 1 و رقم 1 علامت موقعیت سایه توپ رد شده بر روی ورق. اتهام را بردارید Q. 1 و به جای آن در نزدیکی محل محاکمه توپ شارژ Q. 2 در همان زمان، سایه از توپ یک موقعیت جدید را خواهد گرفت 2 .

اتهام را بازگردانید Q. 1 در موقعیت اولیه. در حال حاضر توپ آزمایشی در یک بار دو بار اتهامات است و از موقعیت تعادل منحرف می شود تا سایه آن موقعیت را اشغال کند 3 . تجزیه و تحلیل نتیجه آزمایش. بدیهی است، هنگامی که توپ از موقعیت تعادل تغییر می کند، سایه آن توسط مقدار متناسب با قدرت عمل بر روی توپ در موقعیت تعادل جدید تغییر می کند (نگاه کنید به مطالعه 3.5). با انحرافات کوچک توپ محاکمه، این نیرو می تواند برابر با قدرت عمل بر روی توپ در موقعیت اولیه باشد. طول بخش های اتصال 0 با نقاط 1 , 2 و 3 متناسب با ماژول های نیروهای مربوطه. با اتصال بردارهای مشخص شده، متوجه خواهید شد که بردار نیروهای حاصل از آن بر روی شارژ تست عمل می کند تقریبا برابر با مجموع بردارهای نیروهایی است که از هر شارژ جداگانه عمل می کنند. واضح است که اندازه گیری های دقیق ساخته شده با دستگاه های کامل تر، به جای تقریبی، یک برابری دقیق را ارائه می دهد.

شگفت انگیز وحدت طبیعت: نیروهایی که توسط میدان های الکتریکی ایجاد شده اند، به همان شیوه مکانیکی می شوند! اما اگر چنین است، پس از آن، تنش های میدان های الکتریکی، برابر با رابطه نیروها به میزان شارژ تست، مانند نیروها قرار می گیرند. ترک توپ immobile، اتهامات خود را در همان زمان تغییر دهید (پاراگراف 2.6 را ببینید). در عین حال، شما متوجه خواهید شد که جهت تنش میدان حاصل بدون تغییر باقی می ماند.

بنابراین، اصل ابررسانایی میدان های الکترواستاتیک توجیه شده است.

مطالعه 5.4 تظاهرات اصل انتقال ولتاژ

مسئله. تجربه فردی به عنوان یک نتیجه از مطالعه قبلی ساخته نشده است مطمئن نیست که اصل ابررسانای ولتاژ های الکترواستاتیک در کل کلاس به طور مستقیم در درس است. چگونه این مسئله را می توان حل کرد؟

وظیفه. با توجه به قابلیت های CODECOPE، \u200b\u200bیک نسخه تظاهرات آزمایشی را توسعه دهید، توجیه عدالت اصل ابررسانایی و روش شناسی آن را در درس.

گزینه اجرای از سیم آلومینیومی ضخیم در انزوا، دور زدن یک سه پایه ویژه ارتفاع حدود 30 سانتی متر و قرار دادن آن بر روی کندانسور Codoscope. به انتهای بالایی سه پایه، انتهای یک موضوع نایلون نازک را با طول حدود 20 سانتی متر متصل کنید. در انتهای انتهای موضوع، توپ را با قطر حدود 3 میلیمتر از فویل آلومینیومی نازک بنویسید. در Constense Condenser در قفسه های 10 سانتی متر بالا، ساخته شده از لوله های پلی اتیلن، توپ های فوم را با قطر 15-20 میلی متر قرار داده است، در فویل نازک پیچیده شده است. پایه های قفسه ها بهتر از پلکسی گلاس شفاف ساخته شده اند.

قفسه ها را از کندانسور با توپ ها بردارید، مرجع کدک را روشن کنید و روی تخته سیاه کنید. دریافت تصویر یک توپ محاکمه حلق آویز بر روی موضوع. اتهامات تک شارژ توپ آزمون و دو توپ را بر روی قفسه ها. در هیئت مدیره گچ، موقعیت توپ محاکمه را علامت بزنید. یکی از توپ های شارژ را در خازن قرار دهید، موقعیت و موقعیت آن را علامت گذاری کنید. اولین بار توپ شارژ را حذف کنید و در یک مکان دلخواه قرار دهید دوم را بگذارید، با اشاره به موقعیت جدید توپ محاکمه در هیئت مدیره. بازگشت توپ اول در موقعیت اصلی، علامت گذاری موقعیت نتیجه توپ محاکمه، گچ در هیئت مدیره. قرعه کشی نیروهای بردار مربوطه و ارائه دانش آموزان به نتیجه گیری از تجربه نشان داده شده است.

مطالعه 5.5. شارژ چگالی بر روی سطح هادی

وظیفه.ثابت کنید که تراکم شارژ بر روی سطح هادی، به طور کلی، متفاوت است.

گزینه اجرای یک هادی رسانه ای استوانه ای را با Edxcine و Deepening مخروطی بر روی یک ایستادگی عایق شارژ کنید. محاکمه توپ در یک دسته عایق، از پیش پایه، روی سطح استوانه ای از هادی ضربه بزنید و آن را داخل توپ توخالی متصل کنید با الکترومتر. اگر زاویه انحراف از فلش کوچک است، تکرار بار اتهام چندین بار. به یاد داشته باشید قرائت الکترومغناطیسی، تخلیه آن و یک محاکمه محاکمه. سعی کنید شارژ را از انقباض مخروطی در سطح هادی حذف کنید، و مطمئن شوید که عملا وجود ندارد. تکرار تجربه، دست زدن به توپ محاکمه در حال حاضر نقاط سطح واقع در لبه هادی. در این مورد، زاویه انحراف از فلش الکترومغناطیسی بسیار بزرگتر از آزمایش اول خواهد بود. از زمان نزدیک به بزرگترین، توپ محاکمه به مقدار بیشتری متهم شده است، سپس در این منطقه تراکم توزیع شارژ بر روی سطح هادی بزرگتر است.

یک دیسک فلزی را برای یک دسته عایق در سه پایه شارژ کنید. پس از آزمایش، شبیه به آنهایی که شرح داده شده، نشان می دهد که تراکم شارژ در تمام نقاط سطح مسطح دیسک دور از لبه آن یکسان است، و در لبه افزایش می یابد.

وظیفه. تجربه نشان داد که ولتاژ میدان الکتریکی در نزدیکی هادی شارژ شده توسط تراکم سطح شارژ تعیین می شود.

گزینه اجرای در نزدیکی هادی از یک فرم پیچیده، یک دینامومتر الکترواستاتیک وجود دارد و حرکت آن را به طوری که فاصله تا سطح هادی ثابت باقی می ماند، و نیروی بر روی توپ دینامومتر در سطح طبیعی عمل می کند. تجربه باید نشان دهد که در آن وجود دارد، جایی که در سطح هادی، تراکم شارژ بیشتر است، در نزدیکی این سطح بزرگتر از قدرت میدان الکتریکی است (نگاه کنید به مطالعه 5.5). تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده و نتیجه گیری های مناسب را تجزیه و تحلیل کنید.

مطالعه 5.7. میدان الکتریکی در نزدیکی هواپیماهای شارژ

وظیفه. آزمایش مستقیم تایید می کند که هواپیما یکنواخت شارژ یک میدان الکتریکی را در هر دو طرف آن می دهد و دو هواپیمای موازی که هزینه های برابر با شخصیت های مخالف را حمل می کنند، یک میدان الکتریکی را تنها در منطقه بین آنها ایجاد می کنند.

گزینه اجرایبر روی موضوعات در حساسیت دو توپ فویل آلومینیومی پیچیده شده به طوری که آنها دیسک فلزی را از طرف مقابل لمس می کنند. دیسک را از یک پیزوالکتریک یا منبع دیگر شارژ کنید. در عین حال، توپ ها از دیسک در فاصله های مساوی از دیسک خارج می شوند، نشان می دهد که میدان الکتریکی در هر دو طرف دیسک شارژ وجود دارد.

دقیقا همان شارژ دیسک برابر با ماژول و مخالفت با علامت شارژ. به تدریج دیسک دوم را به اولین بار به طوری که آنها موازی باقی می ماند. شما متوجه خواهید شد که انحراف توپ در خارج از دیسک ها کاهش می یابد، و بین دیسک ها - افزایش می یابد. در نهایت، توپ اول دیسک را لمس می کند، نشان می دهد که میدان خارج از دیسک تقریبا ناپدید شده است، و توپ دوم توسط یک زاویه تخریب شده است، حدود دو برابر بیشتر از اصل.

مطالعه 5.8. تایید دقیق قانون Kulon

اطلاعات

در قفسه دی الکتریک، توپ فلزی را ایمن کنید و آن را بین دو نیمه رسانای هدایت کنید، یکی از آنها یک سوراخ دارد. از طریق سوراخ هادی در یک موضوع جدا شده. بالون با سزمها را وصل کنید. نیمکره شارژ برای موضوع حذف هادی را حذف کنید. از بین بردن یک توپ و نیمکره، دیواره به کف، آنها را تخلیه کنید، و یک الکترون حساس به توپ را متصل کنید: شما هیچ هزینه ای در توپ پیدا نخواهید کرد. بنابراین، آزمایش یک بار دیگر نشان می دهد که هیچ هزینه ای در داخل هادی دیگر وجود ندارد.

این درست است زیرا قانون Kulon منصفانه است. در واقع، در داخل حوزه شارژ یکنواخت هدایت شده، یک نقطه دلخواه را انتخاب کنید ولی و مخروط های عمودی بر روی پلت فرم کاهش می یابد S. 1 I. S. 2 از هندسه شناخته شده است که اما این سایت ها اتهامات متناسب با مقادیر خود را دارند: سایت های کوچک در نقطه ای ایجاد می شوند ولی زمینه های تنش و نگرش هایش

بنابراین، از آنجا که تنش های زمینه های ایجاد شده توسط هر جفت مشابه سیستم عامل ها در حوزه برابر با ماژول و مخالف هدایت شده است، ولتاژ حاصل از میدان ایجاد شده در نقطه ولی کل حوزه شارژ باید صفر باشد.

این آزمایش را نشان می دهد. اگر در این تجربه، حداقل یک بار ضعیف در توپ داخلی یافت شد، این فرمول نادرست برای شدت میدان شارژ نقطه (5.2) خواهد بود و بنابراین، در قانون کولون (3.1)، قدرت از تعامل بین اتهامات به طور معکوس متناسب با مربع فاصله بین آنها نیست. از آنجایی که شارژ می تواند با دقت بسیار بالاتر از نیروی تعامل بین اتهامات اندازه گیری شود، از قانون Culon به این معنی است که میدان داخل بدن بدون توجه به شکل آن گم شده است، آزمایش به درستی به درستی عدالت قانون Culon را ثابت می کند از آزمایش های قبلا شرح داده شده است.

وظیفه.توسعه و قرار دادن یک نسخه در دسترس از آزمایش در نظر گرفته شده، با حداکثر متقاعد کردن نشان می دهد که هیچ میدان الکتریکی در داخل هادی توخالی شارژ وجود ندارد.

گزینه اجرایبرای تشخیص میدان الکتریکی، می توانید از پدیده القاء الکترواستاتیک استفاده کنید. ما دو تماس با اجسام هدایت کننده را در دسته های موجود در این زمینه معرفی می کنیم. آنها توزیع مجدد اتهامات را دریافت خواهند کرد. بدون از بین بردن از این زمینه، این اجسام را قطع کنید - آنها اتهامات شخصیت های مخالف باقی خواهند ماند. این اتهامات را می توان با یک الکترومغناطیسی خارج از میدان تحت مطالعه اندازه گیری کرد.

این آزمایش را می توان تحویل داد. بر روی یک ایستگاه دی الکتریک، توپ فلزی توخالی را حفظ کنید. یک هادی در عایق خوب آن را با یکی از هادی دستگاه الکتروفور وصل کنید. به توپ، هدایت دوم را به ارمغان می آورد و دستگاه را به عمل می برد. در عین حال، جرقه های قدرتمند را تا 10 سانتیمتر طول می کشد. به آرامی، همان صفحات فلزی را بر روی دسته از پلکسی گلاس وارد کنید. صفحات را در تماس قرار دهید، سپس قطع کنید، به آرامی از کاسه توپ خارج شوید و به سمت توپ از اتاق های اتاق بروید. شما متوجه خواهید شد که هیچ هزینه ای در صفحات وجود ندارد! این بدان معنی است که هیچ میدان الکتریکی در داخل توپ هدایت وجود ندارد، با وجود این واقعیت که توپ به طور کلی هزینه قابل توجهی را حمل می کند، که توسط دستگاه الکتروفور عامل گزارش شده است. تکرار تجربه، لمس یک توپ آزمون از داخل به فلز از توپ شارژ، - شما دوباره هیچ اتهام را پیدا نخواهید کرد. بنابراین، کل شارژ الکتریکی بر روی سطح بدن هدایت متمرکز شده است. این نتیجه توسط این واقعیت توضیح داده شده است که قانون Kulon منصفانه است. به نوبه خود، این واقعیت آزمایشی با دقت بالا، عدالت قانون Culon را تایید می کند.

سوالات برای کنترل خود

1. ماهیت روش معرفی و تشکیل مفهوم قدرت میدان الکتریکی چیست؟

2. مقایسه روش ساخت خطوط برق توسط دو قطبی با روش تجسم میدان الکترواستاتیک با یک پودر کوچک معلق در یک دی الکتریک مایع.

3. روش شناسی تظاهرات را در درس اصل فوقانی میدان های الکترواستاتیک مشخص کنید.

4. چه آزمایش می تواند توسط عدالت قضیه گاوس تایید شود؟

5. چگالی تراکم شارژ و ولتاژ میدان الکتریکی از شکل هادی؟

6. ارائه یک تجربه تظاهرات، به طور مستقیم نشان دهنده وابستگی تراکم شارژ از منطقه هادی است.

7. ارزش آموزشی دیدنی تجربه با تشخیص میدان الکتریکی در نزدیکی یک و دو صفحات هدایت موازی موازی چیست؟

8. آیا باید روش تایید دقیق قانون Culon را در نظر بگیریم؟

ادبیات

Butikov E.I., Kondratyev A.S. فیزیک: مطالعات. دستی: در 3-kn. kn. 2. الکترودینامیک. اپتیک - m: fizmatlit، 2004.

آزمایش تظاهرات در فیزیک در نمرات دبیرستان: T. 2. برق. اپتیک فیزیک اتم: اد. A.A. Pokrovsky. - متی: روشنگری، 1972.

kabardin o.f., ORLOV v.A., Eventer e.e.. فیزیک: مطالعات. برای 10 عدد shk و cl با زغال سنگ پژوهش. فیزیک: اد. a.a.pinsky - M: روشنگری، 1997.

تجهیزات آموزشی برای کابینت فیزیک موسسات آموزش عمومی: اد. G.G.Nikorov. - M: DROP، 2005. (CM همچنین "فیزیک" ("PS") شماره 10/2005؛ شماره 4/2007.)

ما تنش میدان الکتریکی از بدن های شارژ یک فرم ساده را تعریف می کنیم: یک کاسه و هواپیما. در باره شکل کروی آنها بدن های زیادی در طبیعت و فناوری دارند: هسته اتمی، قطرات باران، سیارات، و غیره سطوح مسطح نیز اغلب یافت می شوند. علاوه بر این، بخش کوچکی از هر سطح می تواند تقریبا در نظر گرفته شود.

میدان کاسه. توپ شارژ را با شارژ شعاع در نظر بگیرید به طور یکنواخت بر روی سطح توپ توزیع می شود. خطوط برق میدان الکتریکی، به عنوان جریان از ملاحظات تقارن، در طول ادامه شعاع توپ هدایت می شوند (شکل 112).

لطفا توجه داشته باشید: خطوط برق خارج از توپ در فضا به همان شیوه به عنوان خطوط برق شارژ نقطه توزیع می شوند (شکل 113). اگر الگوهای خطوط برق همزمان باشند، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که نقاط قوت میدان هماهنگ باشند. بنابراین، در فاصله ای از مرکز توپ، قدرت میدان

تعیین شده توسط همان فرمول (8.11) به عنوان شدت میدان یک بار شارژ نقطه، قرار داده شده در مرکز حوزه:

این نتیجه همچنین منجر به محاسبات شدید می شود.

در داخل توپ هدایت، قدرت میدان صفر است.

میدان هواپیما توزیع شارژ الکتریکی بر روی سطح بدن شارژ شده با یک مقدار خاص مشخص می شود - تراکم سطح شارژ. تراکم سطح شارژ، نسبت شارژ به سطح سطح، با توجه به آن توزیع شده است. اگر شارژ یکنواخت بر روی سطح توزیع شود، منطقه ای که 5 است، پس از آن

واحد نام تراکم سطح شارژ

برای ملاحظات تقارن، واضح است که خطوط برق میدان الکتریکی یک هواپیما به صورت یکنواخت بی نهایت، مستقیما، هواپیماهای عمودی هستند (شکل 114). رشته هواپیما بی نهایت - یک میدان همگن، به عنوان مثال در تمام نقاط فضا، صرف نظر از فاصله تا استخوان تخت، قدرت میدان یکسان است. این توسط تراکم شارژ سطحی تعیین می شود.

برای پیدا کردن وابستگی قدرت میدان از تراکم سطح شارژ، می توانید از روش اغلب مورد استفاده در فیزیک بر اساس دانش نام استفاده کنید مقادیر فیزیکی. واحد قدرت میدان الکتریکی دارای یک واحد واحد شارژ چگالی سطح است

به منظور دریافت نام مناسب قدرت میدان، باید فرض کنیم

\u003e\u003e فیزیک: خطوط برق میدان الکتریکی. میدان تنش کاسه شارژ

میدان الکتریکی بر حواس تاثیر نمی گذارد. ما او را نمی بینیم
با این حال، ما می توانیم برخی از ایده های توزیع میدان را دریافت کنیم، اگر بردارهای قدرت میدان را در چندین نقطه فضا ( شکل 14.9.ترک کرد). تصویر بیشتر بصری خواهد بود، اگر خطوط پیوسته را در نظر بگیرید که در هر نقطه ای که از طریق آن عبور می کنند، در جهت بردارهای تنش همخوانی داشته باشند. این خطوط نامیده می شوند خطوط برق میدان الکتریکی یا خطوط شدت (شکل 14.9.، در سمت راست)

جهت خطوط برق اجازه می دهد تا جهت گیری بردار تنش را در نقاط مختلف میدان تعیین کند و ضخامت (تعداد خطوط در واحد منطقه) خطوط برق نشان می دهد که قدرت میدان بیشتر است. بنابراین، در ارقام 14.10-14.13 ظریف از خطوط برق در نقاط ولیبیش از نقاط که در. به طور مشخص .
نباید تصور شود که خطوط شدت در واقعیت مانند رشته های کششی کشنده یا کابل ها وجود دارد، به عنوان فاراست ها فرض می شود. خطوط تنش تنها به توزیع فیلد در فضا کمک می کند. آنها واقعی تر از مریدین نیستند و همبستگی هستند گلوله.
با این حال، خطوط برق را می توان قابل مشاهده کرد. اگر کریستال های مستطیلی از عایق بندی (به عنوان مثال، کینین) به خوبی در یک مایع چسبناک (به عنوان مثال، در روغن کرچک) ترکیب شود و بدن های شارژ را در آنجا قرار دهید، سپس بدن های بلوری در زنجیر در امتداد خطوط تنش قرار می گیرند.
این ارقام نمونه هایی از خطوط تنش را ارائه می دهند: یک توپ به طور مثبت شارژ شده (نگاه کنید به شکل 14.10) دو توپ مختلف شارژ (نگاه کنید به شکل 14.11) دو توپ شارژ به طور همزمان (نگاه کنید به شکل 14.12) دو صفحه ای که اتهامات آن برابر با ماژول هستند و با علامت مخالف هستند (نگاه کنید به شکل 14.13). آخرین مثال به خصوص در شکل 14.13 می توان دید که در فضای بین صفحات نزدیک به وسط خطوط برق موازی موازی: میدان الکتریکی در اینجا یکسان است.

میدان الکتریکی که تنش آن در تمام نقاط فضا است، نامیده می شود لباس فرم. در یک منطقه محدود فضا، میدان الکتریکی را می توان تقریبا همگن در نظر گرفت اگر قدرت میدان در این منطقه کمی تغییر کند.
یک میدان الکتریکی همگن توسط خطوط موازی واقع شده در فاصله مساوی از یکدیگر نشان داده شده است.
خطوط برق میدان الکتریکی بسته نشده اند، آنها شروع به کار می کنند اتهامات مثبت و به منفی می رسد. خطوط برق پیوسته هستند و تقاطع نیستند، زیرا تقاطع به معنای عدم وجود یک جهت خاص از قدرت میدان الکتریکی در این نقطه است.
زمینه کاسه شارژ. در حال حاضر سوال از میدان الکتریکی توپ هدایت شده توسط شعاع را در نظر بگیرید R.. شارژ q. به طور مساوی بر روی سطح توپ توزیع شده است. خطوط برق میدان الکتریکی، به عنوان تقارن از ملاحظات پیروی می کنند، در طول ادامه شعاع توپ هدایت می شوند ( شکل 14.14، A.).

توجه داشته باشید! زور خطوط خارج از توپ در فضا به همان شیوه به عنوان خطوط برق شارژ نقطه ( شکل 14.14، B.) اگر الگوهای خطوط برق همزمان باشند، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که نقاط قوت میدان هماهنگ باشند. بنابراین، در فاصله r\u003e r. از مرکز توپ، قدرت میدان توسط همان فرمول (14.9) تعیین می شود به عنوان شدت میدان شارژ نقطه قرار داده شده در مرکز حوزه:

در داخل توپ هدایت (r. ) قدرت میدان صفر است. در این ما به زودی متقاعد خواهیم شد. در شکل 14.14، وابستگی قدرت میدان الکتریکی توپ هدایت شده شارژ از فاصله تا مرکز آن نشان داده شده است.
الگوی خطوط برق به وضوح نشان می دهد که چگونه قدرت میدان الکتریکی به نقاط مختلف فضا هدایت می شود. با تغییر خطوط خطوط، شما می توانید تغییر در ماژول قدرت میدان را در هنگام حرکت از نقطه به نقطه قضاوت کنید.

???
1. خطوط برق میدان الکتریکی نامیده می شود؟
2. در همه موارد، مسیر ذرات شارژ با خط برق همخوانی دارد؟
3. آیا خطوط برق می توانند تقاطع شوند؟
4. تنش میدان توپ هدایت شده شارژ چیست؟

G. Y. Mikishev، B.B. Bukhovtsev، N.N.Sotsky، فیزیک 10

طراحی درس درس خلاصه درس های مرجع ارائه روش های شتاب دهنده روش های تعاملی تمرین وظایف و تمرینات کارگاه خود تست، آموزش، موارد، ماموریت ها، وظایف وب سایت مسائل مربوط به سوالات لفظی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ای عکس ها، تصاویر، جداول، طرح های طنز، جوک ها، جوک ها، ضرب المثل های کمیک، سخنان، جدول کلمات متقاطع، نقل قول مکمل خلاصه مقالات چیپس برای تقلب کنجکاو ورق های کتاب های درسی پایه های اساسی و اضافی دیگر شرایط بهبود کتاب های درسی و درس رفع خطاهای در کتاب درسی به روز رسانی قطعه در کتاب درسی. عناصر نوآوری در درس جایگزین دانش منسوخ جدید فقط برای معلمان درس های کامل برنامه تقویم برای سال توصیه های پیشرفته برنامه بحث درس های یکپارچه

اگر شما اصلاحات یا پیشنهادات برای این درس دارید،